Immunotoxicology 免疫毒理学 苏州大学放射医学与公共卫生学院 卫生毒理学教研室 李建祥

Objectives Biology of the immune response Types of immune responses and disorders Tests for quantifying immunity Testing immunotoxicity in animal models Some specific chemicals

Importance of immune system Protect against potentially harmful environmental agents

Biology of the immune response Innate v acquired immunity

Immune biology - 2 Innate immunity Non specific Barriers + pro-inflammatory mechanisms Includes Complement NK cells Mucosal barriers Phagocytic cells

Immune biology - 3 Acquired immunity Specific Requires period of prior exposure Increases in magnitude with continuing exposure Variable

Immune biology - 4 Lymphocytes Antigen presenting cells B cells/plasma cells – humoral T cells – cell mediated others Antigen presenting cells Play an important role in processing antigen allowing recognition - NB for T cells.

Immune biology - 5 Humoral immunity Antigens, haptens, and epitopes B lymphocyte stimulated by foreign antigen – section recognised is epitope - enhanced by macrophage but will occur alone Proliferation + transformation to plasma cells – germinal centres in lymphoid tissue Production of specific circulating antibodies

Antigen: antibody interaction

Immune biology - 7 Classes of antibody IgG – largest proportion – subclasses – may be cytophilic rather than circulating IgM – pentamer – initial response IgA – dimer – j chain – secretory piece – prevent binding IgE – parasites – allergy - eosinophils IgD – B lymphocytes – antigen recognition

Classes of antibody

Immune biology 9 Function of antibodies Agglutination - neutralisation Opsonisation – stimulating phagocytosis Complement binding Interaction with cell mediated immunity Role of cytophilic antibodies Cell activiation

Complement activation

Immune biology - 11 Cell mediated immunity T lymphocytes T4 ‘helper’ cells B lymphocyte and macrophage regulation Th1 and Th2 forms (Th2 IL4 and IL5) Recognise antigen associated with MHC II molecules T8 ‘suppressor’/‘cytotoxic’ cells Recognise and lyse virus infected cells Recognise antigen associated with MHC I molecules

Immune biology - 14 Other lymphocyte like cells K cells NK cells Lymphocyte morphology antibody dependent cytotoxicity NK cells Targeting mechanism unclear non antibody dependent

Important sites in immune function

Immune biology - 16 Immune system is Complex and poorly understood Cytokine v lymphokine v monokine v chemokine Cyclo-oxygenase, lipo-oxygenase Interleukins, leukotrienes, prostinoids Free radicals, reactive oxygen species

Types of allergic responses Type I IgE mediated immediate hypersensitivity – minutes Mast cells degranulate – histamine, serotonin - anaphylaxis Type II Ab mediated cytotoxicity Type III Soluble immune complex + complement ‘Serum sickness’ – kidneys, joints, endothelium Type IV Cell mediated – delayed – peak 24-48 hours Contact dermatitis

Immunosupression Loss of normal protective function Oppertunistic infection ? Cancers Drugs Other xenobiotics

Immune tolerance Recognition of self Mechanism poorly understood Mother tolerates foetal antigens Diseases linked to loss of self-tolerance

Tests for quantifying immunity CBC + differential Quantifying specific antibodies Skin tests – prick and patch Infective v allergic Immunoglobulin concentrations Complement components CD4+/8+ counts Cutaneous anergy In-vitro tests – mitogens Anti nuclear antibody – patterns

Animal models Tier 1 Tier 2 Others CBC + differential Body and organ weight – e.g. – spleen, thymus. Histology of lymphoid organs Mitogen response Non-specific immunity via NK function Tier 2 If concerns following tier 1 tests Others Sensitisation – guinea pig Cell culture

Some specific chemicals - 1 Respiratory Asthmagens Hypersensitivity pneumonitis Mineral dusts LPS/endotoxin Beryllium

Some specific chemicals - 2 Skin sensitisation Contact dermatitis Metals Topical products – antibiotics, preservatives, antiseptics Plants and trees Glues/resins Rubber constituents Miscellaneous

Halogenated Aromatic Hydrocarbons - 1 Polychlorinated biphenyls Widely used dielectrics, heat exchangers, printing inks, pesticide extenders Highly lipid soluble Accumulate in food chain Contaminant

Polychlorinated biphenyls - 2 Two major poisoning episodes Japan 1968 - >1600 – yusho Taiwan 1979 - >2000 – yu-cheng Evidence of immunosupression Decreased IgA and IgM Skin infections, bronchitic symptoms Decreased T cells - impaired cell mediated immunity - s/c streptokinase and streptodornase

Polychlorinated biphenyls - 3 Michigan farmers – contaminated dairy products. Increased IgG and IgA Decreased T lymphocytes

Polychlorinated biphenyls - 4 Animals Atrophy of thymic cortex Persistent suppression of cell mediated and humoral immunity Reduction in germinal centres Reduction in circulating leucocytes and lymphocytes Increased susceptibility to infection

2,3,7,8 tetrachlorodibenzodioxin (TCDD/PCDD) Contaminant Herbicide production PCB production Pulp and paper plants Similar to PCBs Thymic atrophy Affect maturation of lymphocytes Polymorphonuclear leukocytes affected

PCDD Seveso – explosion at plant No clear loss of immune function Chloracne Increased complement Increase circulating T and B lymphocytes Times beach, Missouri – dust suppression spray contaminated with TCDD Increased mitogen responses

Halogenated aromatic hydrocarbons Often occur as mixtures or contain contaminants Precise toxic agent unclear Age at exposure may be important Humoral and cell mediated immunity + innate immunity

Pesticides - 1 Organophosphates Organochlorines Malathion – humoral Parathion – cell mediated and humoral Organochlorines Chlordane – mice in utero – humoral + macrophage function DDT – thymic atrophy, decreased mast cells Organotins – thymic atrophy – splenic acellularity Carbamates – suppressed PMN phagocytosis

Metals Lead – increased susceptibility to E coli, L monocytogenes, mechanism unclear - ?macrophage processing Arsenic – enhanced immune responses – complicated by chemotherapeutic effect Mercury – activates B cells, increases IgE, induces type III hypersensitivity Cadmium – increased susceptibility to bacterial and viral pathogens – mechanism unclear Silica – increased risk of TB with silicosis

Solvents - 1 Benzene Myelotoxic Toxic metabolites - epoxide - quinones Anaemia, leucopoenia,thrombocytopenia Altered cell mediated and humoral immunity Subtle effects on immunoglobulins and complement Acute myeloid leukaemia

Solvents - 2 Toluene + nitrotoluenes – decrease response to L monocytogenes Carbon tetrachloride – decreased T cell dependent antibody response

Miscellaneous 1981 - Northern Spain – contaminated cooking oil - aniline Fever, dyspnoea, cough, exanthemata, Eosinophilia, and increased IgE +ve ANA, decreased lymphocytes Vinyl chloride monomer Systemic sclerosis like illness with +ve ANA Alkylating agents – AML/MDS

MCS/IEI - 1 Predominantly subjective complaints Fatigue, headache, nausea, irritability Commoner in females Commoner in those with psychological illness Usually triggered by odour, sometimes foods Nonspecific triggers Diagnosis on history + exclusion

MCS/IEI - 2 No obvious immunological abnormality Symptoms don’t resemble known immunologically mediated diseases No objective evidence of inflammatory response Probably multifactorial Treatment options unclear

Summary Competent immune system essential Immune function complex and not well understood. Integrated mechanism Disease may occur due to Hypersensitivity Immunosuppression Autoimmunity Tests of immune function not comprehensive

第一节: 概述 定义： 免疫毒理学（immunotoxicology）主要研究外源化学物和物理因素等对机体免疫系统的损害作用、生物学机制及其危险度评价与管理。是在免疫学和毒理学基础上发展起来的一门毒理学分支学科。

它主要研究外来化合物和物理因素对人和实验动物免疫系统产生的不良影响及其机理。 很多外来化合物、各种化疗药物及物理因素都会引起免疫功能产生一定的变化，而且这种变化往往在其它毒性症状之前发生。因此研究外来化合物对免疫功能的影响，一方面可对它们的毒性作出全面的评价，另外还可从免疫功能的检查中寻求外来化合物对机体损伤的早期检测指标。 很多外来化合物、各种化疗药物及物理因素都会引起免疫功能产生一定的变化，而且这种变化往往在其它毒性症状之前发生。因此研究外来化合物对免疫功能的影响，一方面可对它们的毒性作出全面的评价，另外还可从免疫功能的检查中寻求外来化合物对机体损伤的早期检测指标。

主要研究内容： 1.免疫毒性及作用机制研究 2.免疫毒性评价的方法学研究 3.免疫毒性的危险度评价

1.免疫毒性及作用机制研究 采用各种有效的研究手段，从整体、器官、细胞和分子等不同水平研究外源化学物和物理因素对人和实验动物的免疫损害，包括免疫抑制、超敏反应和自身免疫反应。并分析其作用机制。

2.免疫毒性评价的方法学研究 改进、规范和完善已有的免疫毒理学试验方法，探索更灵敏、特异，更有预测价值的新方法和更全面合理的试验组合，提高试验的可靠性和效能。 同时，为了顺应国际发展趋势，从动物伦理学角度出发，还要研究免疫毒理学的体外替代试验方法，以减少使用实验动物的数量。

3.免疫毒性的危险度评价 研究适合用于人群危险度评价的免疫毒性试验的观察终点，实验动物和人群免疫毒性的剂量反应规律和特性，建立合理的外推模型，分析免疫毒性的人群易感性和不同免疫危害的可接受危险度水平等。

免疫学概述 1 免疫学的概念 2 免疫系统的构成与功能

Ⅰ免疫(immune)的概念 是机体识别“自身”与“非己”抗原，对自身抗原形成免疫耐受，对非己抗原产生排斥反应的一种生理功能。 各种免疫器官和组织、免疫细胞及免疫分子共同构成了复杂的免疫系统，这是机体免疫功能正常发挥的物质基础；学习了解机体正常的免疫应答过程，则是研究和把握外源化学物免疫毒性作用及其机制的重要前提。 免疫的两面性 有利 有害

补体 免疫球蛋白 粒细胞 B细胞 T细胞 单核细胞 巨噬细胞 细胞因子 浆细胞 ------ 真菌 ------------------ 细菌 --------- 支原 衣原 立克次体 ---- 病毒 ---- 蠕虫 ----- 原虫 胃 小肠 呼吸道 皮肤

Ⅱ免疫系统功能的生理和病理表现 功能名称 生理功能 病理表现 免疫防御 清除病原微生物及其它抗原性异物 超敏反应（强） 功能名称 生理功能 病理表现 免疫防御 清除病原微生物及其它抗原性异物 超敏反应（强） 免疫缺陷病（弱） 免疫自稳 清除损伤或衰老细胞 自身免疫性疾病 免疫监视 清除突变或畸变细胞，防止肿瘤发生 肿瘤或病毒持续性 杀伤病毒感染细胞 感染

Ⅲ免疫学 免疫学（Immunology)：研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的一门学科。

The Beginning of Immunology Edward Jenner discovered that cowpox vaccination protected against smallpox in 1796. Officially eradicated in 1979.

Robert Koch 1843-1910, Nobel Prize in 1905 for his work on tuberculosis, Anthrax, Cholera, Tubercule bacillus Edward Jenner 1749-1822 Successful vaccination against smallpox

Louis Pasteur,巴斯德(1822～1895)法国化学家,疾病细菌学说的创立者和微生物学、病毒学、免疫学的奠基人 Emil Adolf von Behring,德国医师和细菌学家,因证实了注射抗毒素对白喉和破伤风的免疫作用,而于1901年成为首次诺贝尔医学生理学奖的获得者 Louis Pasteur 1822-1895, Father of immunology, attenuated bacteria and viruses as vaccine against anthrax ….. Emil von Behring 1854 - 1917, Nobel Prize in 1901 for demonstrating that circulating antitoxins against diphtheria and tetanus toxins conferred immunity.

免疫系统的组成 一、免疫器官 二、免疫细胞 三、免疫分子 四、免疫基因 中枢：胸腺、法氏囊（鸟类）、骨髓 周围：脾脏、淋巴结、粘膜相关淋巴组织 二、免疫细胞 造血干细胞、淋巴细胞、单核吞噬细胞、粒细胞、肥大细胞、红细胞等 三、免疫分子 免疫球蛋白、补体、细胞因子等 四、免疫基因

宿主体内的免疫系统识别和清除

中性粒细胞、血小板等

免疫组织与免疫器官

免 疫 器 官 Organs of the Immune System 中枢免疫器官 （Central lymphoid organ） 外周免疫器官 （Peripheral lymphoid organ） Organ or tissue that provides a microenvironment necessary for lymphocytes maturation 骨髓、胸腺和禽类的法氏囊

中枢免疫器官 骨髓 B淋巴细胞发育成熟的场所

（Bone Marrow and bursa of Fabricius） 中枢免疫器官 （Central lymphoid organ） 骨髓和法氏囊 （Bone Marrow and bursa of Fabricius） (1) 是造血干细胞生成、分化发育的场所; （2) 是B细胞分化成熟的场所； （3）提供各种免疫细胞的前体细胞

胸腺 （Thymus） 功能：分泌多种激素，促进胸腺细胞分化，是T细胞分化成熟的场所 年龄变化：新生儿胸腺相对较大，至青春期达30-40克，此后胸腺开始萎缩。

法氏囊（Bursa of Fabricius） Bruce Glick and Charlie Chang

外周免疫器官（Peripheral immune organ） 淋巴结（lymphnodes） 脾脏（spleen） 粘膜相关淋巴系统 （mucosa-associated lymphoid system） 扁桃体（tonsil）

外周淋巴器官及组织 一 淋巴结 淋巴结 淋巴结内T细胞约占75%，B细胞占25%。

Lymph nodes are encapsulated structures that are strategically placed throughout the body to receive and filter antigens and cells from peripheral interstitial fluid and lymph. All lymph nodes eventually drain into the thoracic duct and back to the peripheral blood.

淋巴结 淋巴结被膜外侧有数条输入淋巴管，门处有动、静脉神经和输出淋巴管。实质分为皮质和髓质。靠近被膜的浅层皮质区有生发中心（左）。右图显示生发中心的显微结构。 淋 巴 结 的 基 本 结 构 HEV 髓质淋巴窦 皮质淋巴窦 毛细血管 小梁 输入淋巴管 输出淋巴管 静脉 动脉 髓索 生发中心 髓质 被膜

1 结构和细胞组成 被膜 实质 浅皮质： 淋巴滤泡：B细胞、树突状细胞、CD4＋T细胞 – 生发中心GC 皮质 （胸腺非依赖区） 皮质 实质 深皮质：T细胞、巨噬细胞、并指状细胞 （胸腺依赖区） （副皮质区） 髓质：髓窦和髓索： B细胞、浆细胞、网状细胞和巨噬细胞

2 淋巴结的主要功能 1 过滤淋巴液： 杀伤病原微生物，清除异物，从而 起到净化淋巴液， 防止病原体扩散 2 体液和细胞免疫应答的场所 3 淋巴细胞再循环的主要场所：淋巴结的淋巴细胞 输出淋巴管 胸导管 血液 毛细 血管后高内皮小静脉（High endothelial venule, HEV） 淋巴结 外周组织

二 脾脏 T：35%、 B：55%、 Mφ：10%

二 脾脏 1 结构和细胞组成 被膜 脾实质： 白髓 动脉周围淋巴鞘 淋巴小结 生发中心 B细胞（胸腺非依赖区） 红髓 脾索 二 脾脏 1 结构和细胞组成 被膜 脾实质： 白髓 动脉周围淋巴鞘 淋巴小结 生发中心 B细胞（胸腺非依赖区） 红髓 脾索 脾窦 巨噬细胞和血细胞 边缘区（移行区）：红髓和白髓交界处，T细胞、B细胞、巨噬细胞 T细胞（胸腺依赖区） B细胞、巨噬细胞和树突状细胞

2 脾脏的功能 1 胚胎期具有造血功能 2 血液的滤过器：清除体内衰老细胞和病原微生物 3 产生免疫应答的场所 4 储存血液的器官: 脾窦充满大量血液，可根据机体 需要调节血量

三 粘膜相关的淋巴组织 1 组成：扁桃体、肠系膜淋巴结、肠集合淋巴结、阑尾、胃肠相关淋巴组织、呼吸道相关淋巴组织 2 功能：局部免疫功能 主要抗体是分泌型sIgA和IgE

Cells of the Immune System （免疫细胞） 所有参与免疫应答或与免疫应答有 关的 细胞及其前体细胞

hematopoietic stem cells 造血干 细胞 淋巴系 干细胞 再生 B 淋巴 T 淋巴 NK细胞 单核 嗜中性 粒细胞 嗜酸性 嗜碱性 肥大 血小板 红细胞 巨核细胞 髓红系 髓系 粒-单核系 红母细胞 造 血 干 细 胞 的 分 化 途 径 树突状 ？ 造血干细胞 hematopoietic stem cells

淋巴细胞 (lymphocytes) 未活化淋巴细胞直径6~7微米，浆/核比例很小（左，普通光镜）。投射电镜显示未活化淋巴细胞胞核致密，胞浆中细胞器很少（右）。

一 T淋巴细胞 (一） T细胞的分化发育 Pro-T ( TCR- CD2-CD3-CD4-CD8- ) DN Pre-T DP 阳性选择和阴性选择 TCR+CD2+CD3+CD4-CD8+ TCR+CD2+CD3+CD4+CD8- (SP) (SP)

阳性选择： 表达TCR-的CD4＋CD8＋双阳性细胞与胸腺皮质的上皮细胞直接接触，能够识别MHC－Ⅱ类或I类分子的双阳性细胞被选择而继续发育为CD4+或CD8+的单阳性细胞，反之，则发生细胞凋亡 （90％）。 阳性选择，使T细胞获得了MHC的限制性 CD8－MHC-I CD4－MHCⅡ

阴性选择： 经过阳性选择的单阳性细胞与皮、髓质交界的巨噬细胞或树突状细胞表面的自身抗原肽－MHC复合物高亲和力结合，则导致克隆消除，或克隆无能（clonal anergy). 反之则顺利地穿过胸腺髓质并发育为CD4+或CD8+单阳性的成熟T细胞。 阴性选择，使T细胞获得了对自身抗原耐受、对非己抗原识别的能力 经过阳性和阴性选择后，CD4+或CD8＋单阳性细胞离开胸腺进入外 周免疫器官而成为具有免疫活性的外周T细胞，发挥免疫效应。

（1）TCR： T细胞表面的受体 是T细胞识别外来抗原并结合的特异受体 分为两类：TCR（占95％）和TCR（5％） TCR与CD3 结合组成TCR-CD3复合物，与抗原提呈细胞表面的抗原肽－MHC复合物相结合，启动T细胞活化。 TCR具有两个功能区：V区和C区 ＃：TCR不能识别游离的抗原，只能识别抗原肽－MHC复合物

N端 参与抗原识别 C端 TCR结构模式图

T 细胞 C区 ab-TCR V区 抗原肽 MHC 抗原递呈细胞（APC） Ｔ细胞T淋巴细胞是在胸腺中分化成熟的淋巴细胞，故称胸腺依赖性淋巴细胞(Thymus-dependent lymphocyte),简称T细胞。     分布：在外周血中约占淋巴细胞总数的65%~75%，在胸导管内高达95%以上。     由T细胞介导的免疫称细胞介导免疫。 1． T细胞表面标志 (1) T细胞抗原受体     成熟T细胞表面具有特异性识别抗原并与之结合的分子结构，称为T细胞抗原受体(T cell receptor,TCR)。TCR是一种双肽链分子，按肽链编码基因不同可分为两类： a. TCRαβ：     在外周淋巴器官中大多数成熟T细胞(95%)的TCR分子，由α链和β链经二硫键连接的异二聚体分子，也称TCR-2。T细胞特异性免疫应答主要是这一类T细胞完成。 b. TCRγδ：     少数成熟T细胞的TCR分子是由γ链和δ链组成的异二聚体分子，结构与TCRαβ相似，也称TCR-1。它可直接识别抗原(多肽、类脂分子)，不必与MHC结合，也不需要抗原提呈分子。TCRγδ主要存在于小肠粘膜上皮和表皮，而外周血中仅占成熟T细胞的0.5%～10%。TCRγδ识别病原体表面抗原分子后，增殖分化为效应细胞发挥杀伤作用，同时他对被病毒感染的细胞和肿瘤细胞具有杀伤活性。 (2) T细胞分化抗原     1982年以来，国际有关专门会议把多数学者所制备的多种白细胞表面抗原的单克隆抗体进行了分类整理，并以分化群(cluster of differentiation CD)统一命名。应用分化群抗体所鉴定的抗原，称为分化群抗原(CD抗原)。现在已经命名了CD1~CD166共180个分化抗原群，其中CD4和CD8是区分成熟T细胞亚群的主要表面标志。 2． T细胞在胸腺内的发育过程     T细胞在胸腺内的发育过程是指由骨髓迁移至胸腺的前胸腺细胞在胸腺微环境的影响下，从胸腺被膜下区、皮质到髓质区的移行成熟过程。     在皮质区，胸腺细胞迅速增殖，由双阴性细胞(double negative,DN)(CD4-、CD8-)逐渐分化为(CD4+、CD8+)(double positive,DP)的双阳性细胞，并发生TCR基因重排。DP细胞约占胸腺细胞总数的75%，为过度型细胞。其中95%以上在皮质内凋亡或被巨噬细胞吞噬。少数胸腺细胞继续迁移至髓质，分化发育为只表达CD4或CD8分子的单阳性(single positive,SP)细胞，及具有免疫功能的成熟T细胞(CD4+T细胞和CD8+T细胞),然后迁出胸腺，进入外周淋巴器官。 3． T细胞的亚群及功能     目前一般按分化抗原和免疫功能的不同将T细胞分为CD4+T细胞(CD4+、CD8-)和CD8+T细胞(CD4-、CD8+)两个亚群；     按免疫功能不同可将T细胞分为辅助性T细胞(helper T cell,TH)、抑制性T细胞(suppressor T cell,Ts)、细胞毒性T细胞(cytotoxic T cell,Tc或CTL,见图a,b)和迟发型超敏反应性T细胞(delayed type hypersensitivity T lymphocyte,TDTH)。     另外，也可按T细胞抗原识别受体不同分为TCRαβT细胞和TCRγδ两类 MHC 抗原递呈细胞（APC）

CD4和CD8: CD4—MHC－II类 CD8—MHC－I类 加强T细胞与抗原提呈细胞的亲和力， 利于信号传递

TCR Co-receptor --- CD4 和 CD8 抗原肽 TCR HLA- I CD 8 HLA- II CD 4 抗原肽

3 T 细胞亚群 CD4+ T 细胞： 识别抗原受MHC-Ⅱ类分子的限制 CD8＋ T细胞： 识别抗原受MHC-I类分子的限制

（2） CD8+T细胞 细胞毒T细胞（Tc或CTL)：细胞免疫的效应细胞，致敏后特异杀伤携带致敏抗原的靶细胞（肿瘤细胞和病毒感染的细胞） 抑制T细胞（Ts): 释放抑制性细胞因子，抑制细胞免疫和体液免疫

二 B淋巴细胞 （二） B细胞的发育 骨髓 （无Ig ) Pro-B CD19+ Pre-B MHC-Ⅱ+CD19+ CD20+ （胞浆有IgM重链） Immature B 单体IgM MHC-Ⅱ+CD19+ CD20+CD21+ Mature B smIgM+smIgD+ CD19+ CD20+ CD21+ 外周 浆细胞

B始祖细胞在骨髓中经历前B细胞、未成熟B细胞和成熟B细胞等 几个阶段。在此过程中膜表面 BCR分子发生一系列的变化，成 为不同细胞发育阶段的标志。 M D G A 成熟B细胞 祖B细胞 前B细胞 （胞浆出现 IgM重链） 不成熟B细胞 Immature B cells Pro-B cells Pre-B cells Mature B cells B细胞的发育过程

3 B细胞表面受体 B细胞抗原受体（BCR): 膜表面Ig （SmIg)， 与Ig Ig结合为复合体（BCR-IgIg)，有利于信号传递，活化B细胞。BCR还能与抗Ig抗体特异结合，可用荧光素标记的抗Ig抗体染B细胞来计数B细胞的数目。 ＃ BCR能够直接识别游离的抗原，无MHC的限制性

在抗原刺激下，B细胞被激活、增殖，产生抗体，此为特异性体液免疫应答

B淋巴细胞表面的分子 BCR复合物的组成 BCR-Igα/Igβ形成B细胞的识别单位， Igα/Igβ作用是转导抗原与BCR结合产生的信号和参与mIg链的表达与转运 替代性BCR复合物 表达于Pro-B和Pre-B细胞。

参与B细胞活化及免疫应答的其他分子 B细胞活化辅助受体 CD19-CD21 协同刺激分子 CD40-CD40L 补体受体 CD35、CD21 其他膜分子 CD22、CD20、CD32

B淋巴细胞的功能 三大功能：产生抗体、提呈抗原及分泌细胞因子参与免疫调节

免 疫 应 答

1、 免疫应答（immune response): 指机体受抗原性异物刺激后，体内免疫细胞发生 一系列反应以排除抗原性异物的生理过程。 2、免疫应答的生物学意义：及时清除体内抗原性 异物以保持内环境的相对稳定。 某些情况下免疫应答也可对机体造成损伤，引起 超敏反应或其他免疫性疾病。

特异性免疫应答（specific immune response) 包括体液免疫应答和细胞免疫应答。 3、体液免疫应答（humoral immune response) 外来抗原进入机体后诱导抗原特异性抗体产生的过程。 4、细胞免疫应答（cellular immune response) 主要由T淋巴细胞和巨噬细胞介导的免疫应答。 炎症细胞和CTL（Tc）

5、特异性免疫应答发生的场所： 外周免疫器官：淋巴结，脾，扁桃体， 黏膜相关淋巴组织等。

6、特异性免疫应答的过程 （1）、感应阶段：抗原识别阶段 （2）、反应阶段：活化、增殖、分化阶段 （3）、效应阶段：

细胞免疫应答 抗原 体液免疫应答

7、特异性免疫应答的特点： 特异性 高效性 记忆性 8、参与特异性免疫应答的细胞 主要为：T细胞，B细胞和抗原提呈细胞（APC）

二、免疫应答的基本过程 和效应机制

（一）、抗原提呈细胞对抗原的加 工、处理和提呈 1、外源性抗原循溶酶体途径被处理和提呈，该 过程受MHC-II分子限制 2、MHC-I类分子参与提呈的抗原大多数是在 胞核和胞浆中内源性合成的蛋白质分子， 称谓内源性抗原 （胞质溶胶提呈途径）

（二）TH细胞与抗原呈递细胞间的 相互作用 第一信号：TCR对MHCII/抗原肽复合物的识别， CD3分子将第一信号传递到细胞内。 第二信号：CD28识别专职APC上的B7 分子

TCR识别抗原肽的MHC限制性 概念：T细胞只能识别与它有相同MHC单倍体型 的抗原呈递细胞表面的特定的抗原肽-MHC复合物 种类的限制性（MHC restriction）。

体液免疫应答 发生场所：外周免疫器官 参与细胞：B细胞， Th细胞，APC 过程：抗原识别阶段 增殖分化阶段 效应阶段

2、B细胞活化、扩增、分化为浆细胞--反应阶段 第一信号：BCR识别相应的抗原。 第二信号：来自于Th细胞 包括： （1）膜分子CD40L,LFA-1, CD28，ICAM-1等 （2）分泌的细胞因子：IL-2，IFN-g，IL-4，IL-5等。

3、浆细胞与抗体分泌----效应阶段 集中分泌抗体分子。 （2）、在外周，浆细胞寿命仅为几天，但是在骨髓 中较长。 （1）、浆细胞无分裂，增殖能力，不参与抗原呈递， 集中分泌抗体分子。 （2）、在外周，浆细胞寿命仅为几天，但是在骨髓 中较长。

（Primary and secondary humoral response ) TD抗原诱导的抗体产生的一般规律： 初次与再次体液免疫应答 （Primary and secondary humoral response ) 1、初次体液免疫应答：指宿主第一次接触外来抗原 后血清中出现抗原特异性抗体的过程。特点： （1）潜伏期比较长，一般为6-10天。 （2）产生的特异性抗体主要为低亲和力的IgM ，后期 为IgG。 （3）血清中抗体高峰浓度较低，而且维持时间较短。

2、再次体液免疫应答：指曾被某种抗原免疫后的宿主 再次接触该抗原时血清中出现特异性抗体的过程。 特点： （1）潜伏期较短，大约为初次应答潜伏期的一半。 （2）抗体浓度增加快，含量比初次应答高， 维持时间长。 （3）用较少量抗原刺激即可诱发再次应答。 （4）再次应答中产生的抗体主要为IgG，而初次 应答中主要为IgM。 （5）抗体的亲和力高，且较均一。 （6）IgM产生的数量和在体内持续的时间与初次应答 时大致相同。

三、体液免疫应答的生物学效应 抗体是体液免疫应答的主要效应分子，其Fab段 具有抗原特异性，Fc段则确保抗体分子发挥适当 的生物学效应。

1、对细菌，毒素和病毒的中和作用 依靠抗体V区特异结合抗原，例如抗毒素可中和 外毒素，保护细胞免受毒素作用；病毒中和抗体 可阻止病毒吸附和穿入细胞从而阻止感染相应的 靶细胞。特异识别细菌的抗体可使细菌凝集阻止 其进一步移动。

2、激活补体（经典途径），造成微生物或被感染的 靶细胞的溶解杀伤。

3、调理作用（opsonization） 调理作用：指抗体，补体促进吞噬细胞吞噬细菌 等颗粒性抗原的作用。 IgG和IgM与病原微生物或外来抗原结合后，原本 被屏蔽的Fc段得以暴露，与中性粒细胞和巨噬细胞 表面的Fc段结合，使抗原被识别和捕获，同时导致 吞噬细胞的活化以消化被吞噬的抗原。

（四）：抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC） ADCC：IgG抗体分子识别靶细胞（如肿瘤细胞或被病毒感染组织细胞）的表面抗原之后，其Fc段能够与巨噬细胞和NK细胞的FcR结合，介导免疫细胞对靶细胞的杀伤。

（五）参与免疫病理损伤 I型超敏反应：IgE抗体 II和III型超敏反应：IgG, IgM 某些自身免疫病：SLE, RA等， IgG ABO血型抗体：IgM， 血型不符导致的 输血反应。

第二节： 免疫系统对外源化学物的毒性反应与机制

外源化学物 神经内分泌系统 免疫系统 免疫细胞 免疫分子 免疫应答 免 疫 抑 制 超 敏 反 应 自身免疫

Immunosuppression (免疫抑制) 外源化学物免疫抑制的主要表现 外源化学物免疫抑制的结果是宿主抵抗力降低，主要表现为抗感染能力降低和肿瘤易感性增加。 引起免疫抑制的外源化学物 外源化学物免疫抑制的机制 神经—内分泌—免疫系统网络 功能紊乱

外源化学物引起免疫抑制的机制 简单的说可以分为：直接作用和间接作用两大类 直接作用于不同的免疫器官、免疫细胞和免疫分子，影响正常的免疫应答。 也可以通过影响神经内分泌系统的调节功能。间接造成免疫功能紊乱，或者继发于其他靶器官毒性而引起免疫损伤。

特别重要的是，免疫系统不是单独发挥作用的,而是与神经系统和内分泌系统相互联系、相互作用、相互调节，构成维持机体自身稳态的复杂网络。

hypersensitivity (超敏反应) 是指机体对某些抗原初次应答后，再次接受相同抗原刺激时，发生的一种以机体生理功能紊乱或组织细胞损伤为主的特异性免疫应答。

超敏反应分型 I型超敏反应 速发型超敏反应 II型超敏反应 细胞毒型超敏反应 III型超敏反应 免疫复合物型超敏反应 迟发型超敏反应 Ⅳ型超敏反应

出现功能紊乱性疾病，不出现严重组织细胞损伤 I型超敏反应 特异性IgE介导的 主要特征 出现快，消退也快 出现功能紊乱性疾病，不出现严重组织细胞损伤 有明显个体差异和遗传背景

二、I型超敏反应的发生过程和发生机制

Ⅱ型超敏反应 II型超敏反应是由IgG或IgM类抗体与靶细胞表面相应抗原结合后，在补体、吞噬细胞和NK细胞参与作用下，引起的以细胞溶解或组织损伤为主的病理性免疫反应。

ADCC: 抗体依赖细胞介导的细胞毒作用

图： II型超敏反应细胞损伤机制

二、临床常见的II型超敏反应性疾病 输血反应 新生儿溶血症 自身免疫性溶血性贫血 药物过敏性血细胞减少症 甲状腺功能亢进

Type II hypersensitivity induced by exogenous agents

Ⅲ型超敏反应 III型超敏反应是由中等大小可溶性免疫复合物沉积于局部或全身毛细血管基底膜后，通过激活补体和血小板、嗜碱性、嗜中性粒细胞参与作用下，引起的以充血水肿、局部坏死和中性粒细胞浸润为主要特征的炎症反应和组织损伤。

图： III型超敏反应发生的机制

二、临床常见的III型超敏反应性疾病 （一）局部免疫复合物病 Arthus反应 类Arthus反应 （二）全身免疫复合物病 类风湿性 血清病 关节炎 血清病 链球菌感染后肾小球肾炎

Ⅳ型超敏反应 Ⅳ型超敏反应是由效应T细胞与相应抗原作用后，引起的以单个核细胞浸润和组织细胞损伤为主要特征的炎症反应。

图： Ⅳ型超敏反应发生机制

临床常见的Ⅳ型超敏反应性疾病 接触性皮炎 传染性迟发型超敏反应

职业性超敏反应： 接触性皮炎 过敏性哮喘

接触性皮炎 也称为过敏性皮炎，约占全部职业性皮炎的60％，是致敏因子引起的迟发型（Ⅳ型）超敏反应。 皮肤表现：可以多样化，一般为红肿、硬结和湿疹样改变，严重时可引起局部组织坏死、皮肤溃疡和剥脱性皮炎。组织病理学改变为血管周围有单核细胞浸润，表皮与真皮之间发生永肿 。

自身免疫

(一)自身免疫 自身免疫(autoimmunity)： 是指机体免疫系统对自身成分发生免疫应答，产生自身抗体或自身反应性T淋巴细胞的现象。 自身免疫属于正常生理现象： 健康个体的体内，存在一定量自身抗体和自身反应性T细胞，它们在维持免疫系统自稳状态中发挥作用。

自身免疫病 若自身耐受机制遭破坏，自身免疫应答的质或/和量发生异常，则自身抗体和自身反应性淋巴细胞可攻击并破坏自身组织细胞，机体出现病理改变和相应临床表现，此即自身免疫病(autoimmune disease，AID)。

引起自身免疫的外来化合物 （1)各种药物：抗高血压剂、抗心律失常剂、抗惊厥剂、抗菌剂。 （2)各种金属：锂、金、汞、镉等。 （3)其它化学物：乙醇、氯乙烯、甲基胆蒽、苯尿噻唑等。

自身免疫病的分类 根据自身免疫应答所针对的靶抗原分布，可将自身免疫病分为器官特异性( organ specific)或非器官特异性( non-organ specific)自身免疫病。 器官特异性 ： 糖尿病、多发性硬化症 Organ specific autoimmune disease 器官非特异性： 系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎 Non-organ specific autoimmune disease Systemic lupus erythematosus Rheumatoid arthritis

自身免疫病的特征 1． 多数自身免疫病的病因不清；女性表现出高度易感性；有遗传倾向； 1．  多数自身免疫病的病因不清；女性表现出高度易感性；有遗传倾向； 2． 患者体内可检出高效价自身抗体和/或自身反应性T细胞；应用患者血清或淋巴细胞可使疾病被动转移。 3． 疾病常有重叠性，患者可出现多种自身免疫病的特征；病情反复发作和慢性迁延；患者体内尽管存在高水平自身抗体，但对外源性抗原的免疫应答降低

自身免疫病的致病因素及机制 自身耐受的异常和破坏是导致AID发生的根本原因。导致自身耐受破坏的因素分为与个体自身免疫相关的遗传因素和诱发自身免疫异常的环境因素，二者相互影响和相互作用。

诱发自身免疫异常的环境因素 （一）自身抗原出现 1. 分子模拟(molecular mimicry ) 感染是诱发自身免疫异常的重要因素。 2．表位扩展(epitope spreading) 在AID发生过程中，APC摄取组织损伤的碎片，并可能将自身抗原的隐蔽表位递呈给机体自身反应性淋巴细胞克隆，此现象称为“表位扩展”。 3.自身抗原性质改变 4. 隐蔽抗原释放

自身抗原 (1)隐蔽的自身抗原： 某些在胚胎期就与免疫系统处于隔绝状态的自身成分，一旦释出，可诱发自身免疫，故称为隐蔽的自身抗原。如：精子、晶状体蛋白、甲状腺蛋白、葡萄膜色素蛋白等。

(2)修饰的自身抗原： 由于理化、生物(如药物、电离辐射、病毒感染)等因素使自身成分发生改变而成为自身抗原。

2、异嗜性抗原 　　某些微生物与人体某些组织有交叉反应性抗原，可引起宿主发生自身免疫性疾病。 乙型链球菌M蛋白与心肌、瓣膜 乙型链球菌糖蛋白与肾小球基底膜 大肠杆菌O14与结肠粘膜　 热休克蛋白(HSP)与多种成分

自身免疫病的组织损伤机制 AID是由自身抗体和/或自身反应性T细胞攻击破坏自身细胞和组织所致。AID中自身组织损伤的机制类似于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型超敏反应 一、 自身抗体介导组织损伤[Ⅱ型超敏反应] 二、 自身抗原-抗体复合物介导组织损伤[Ⅲ型超敏反应] 三、 自身反应性T细胞介导组织炎性损伤[Ⅳ型超敏反应] 自身反应性T细胞在多种AID（尤其是器官特异性AID）的免疫损伤中起重要作用。

第三节:免疫毒性检测方案 由于免疫系统组成和功能的高度复杂性，以及免疫毒物毒作用的靶细胞和靶分子的多样性，目前还没有一种免疫毒理学试验方法能够全面地反映外源化学物对整个免疫系统的影响，因此一般采用一组免疫毒性试验的方法。

FDA新药安全的免疫毒理学评价 免疫抑制(immunosuppression) 超敏反应(hypersensitivity) 自身免疫(autoimmunity) 免疫原性(immunogenecity) 不良免疫刺激（adverse immunostimulation)

免疫原性(immunogenecity) 指药物及其代谢产物引起免疫反应的能力。

免疫原性 分子量 物质 免疫原性强弱 >10000 蛋白或 较强 5000-10000 多肽 稍弱 1000-5000 难确定 <1000 小分子 与蛋白结合为半抗原

不良免疫刺激 药物对免疫系统某些成分的任何抗原非特异性的、不适当的或难以控制的活化作用。

免疫抑制 骨髓抑制 免疫器官重量或其他血液异常 血清球蛋白降低 感染发生率增加 肿瘤发生率增加

免疫功能试验 药物对T细胞依赖抗原的反应 NK细胞功能试验 体外淋巴细胞 增殖试验 细胞毒T细胞功能试验 细胞因子和趋化因子生成试验 迟发性超敏反应 宿主抗感染和抗移植瘤试验 其他免疫细胞或免疫分子的作用

超敏反应 I型超敏反应 被动皮肤过敏试验（PCA） 主动皮肤过敏试验（ACA） 主动全身过敏试验（ASA）

Ⅱ型和Ⅲ型超敏反应 免疫复合物 Ⅳ型超敏反应 豚鼠迟发性皮肤超敏反应（DHR） Buecher试验（BA） 豚鼠最大值试验（GPMT）

假过敏或类过敏反应

自身免疫 鼠腘窝淋巴结试验（PLNA） 其他局部淋巴结试验（LLNA）

不良免疫刺激 免疫刺激物

免疫毒性试验方法与评价 为鉴定外来化合物对免疫系统的毒性，必须建立一系列灵敏、特异、简便、快速的检测方法，大多数免疫毒理学家认为，要建立一组实验方法来评价免疫毒性。 免疫学方法 检测细胞因子方法 转基因动物模型

检测方面： 免疫器官重量和组织形态学的改变 淋巴组织、骨髓和外周血细胞结构的定量变化 免疫细胞效应和调节功能的损害 对病原体和移植瘤的易感性增加

免疫病理学检查 淋巴器官重量和组织形态学的改变，淋巴组织和骨髓细胞的量或质的变化、外周血淋巴细胞数目以及淋巴细胞表面标记改变

免疫功能评价 NK细胞活性 固有性免疫应答 免 疫 功 能 巨噬细胞功能 体液免疫功能 适应性免疫应答 细胞免疫功能

超敏反应检测 主要针对Ⅰ型超敏反应

自身免疫反应检测 PLNA LLNA

检测细胞因子方法 生物学测定 免疫学测定 流式细胞仪检测 分子生物学方法 生物活性 抗原抗体反应 ( ELISA RIA IB) 荧光标记的细胞检测 分子生物学方法 物质直接检测 （转录水平，PCR）

转基因动物模型

免疫毒理学 1. 基本概念：免疫毒理学、免疫毒性、免疫抑制、超敏反应。 2.外源化学物对免疫系统的毒性反应的类型有？ 3.免疫毒性检测中免疫学方面的检测有哪些？